פריצת דרך בדרך לאנרגיה ירוקה וזולה: תאי דלק מימניים המבוססים על חומרים זולים ופועלים באוויר הפתוח

תאי דלק אלקליים המבוססים על ממברנה של חילופי “אניונים” משמשים להפקת חשמל נקי באמצעות אינטראקציה בין מימן וחמצן. יתרונם על תאי דלק “מסורתיים” הוא האפשרות להשתמש בחומרים זולים ונפוצים יותר, ובכך להפחית משמעותית את עלות הטכנולוגיה. בזכות שילוב של יעילות גבוהה ועלות נמוכה הם מציעים פוטנציאל יישומי רחב – מתחבורה, תעופה וחלל, לרבות רחפנים, ועד מערכות אנרגיה מבוזרות, גיבוי חשמלי ואספקת חשמל לאזורים מרוחקים.

האתגרים הטכנולוגיים המרכזיים בפיתוח תאי דלק מימניים  מסוג AEMFC הם הגדלת תפוקת החשמל והנצילות האנרגטית, לצד שיפור היציבות ותוחלת החיים של התא. זה הרקע למאמר פורץ דרך שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature Energy על ידי פרופ’ דריו דקל, פרופ’ מייקל גייבר, ד”ר כרם יאסין וד”ר ספיר וילדורף־כהן. פרופ’ דקל הוא חבר סגל בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון וראש תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן גרנד בטכניון. פרופ’ מייקל גייבר הוא מומחה בעל שם עולמי בתחום הממברנות הפולימריות ליישומי אנרגיה ומכהן באוניברסיטת טיאנג’ין שבסין. ד”ר כרם יאסין הוא מנהל המעבדה המרכזית לטכנולוגיות מימן בתוכנית האנרגיה וד”ר ספיר וילדורף־כהן היא חוקרת בקבוצת פרופ’ דריו דקל בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון.

עד כה נתפס הפחמן הדו־חמצני שבאוויר כגורם מזיק, הפוגע בפעילותם של תאים אלה ומקצר את חייהם. חוקרי הטכניון מציגים תפיסה חדשה של “ניהול פחמן דו־חמצני“, לפיה הפחמן הדו-חמצני הנמצא בסביבת תאי הדלק אינו יריב אלא שותף פוטנציאלי, אם נדע לנהלו לטובתנו. “במאמר אנו מראים כי בתנאים מסוימים, בניגוד לתפיסה המקובלת, פחמן דו־חמצני עשוי דווקא לתרום ליציבות ארוכת הטווח של תא הדלק,” מסביר פרופ’ דקל. “לאחר כעשור מאז שפרופ’ דקל הציג לעולם שתאים מסוג AEMFC יכולים להביא פתרון לנושא אנרגיה ירוקה בעולם, הגישה הזאת סוף סוף סוללת את הדרך לפיתוח תאי דלק יעילים, זולים ועמידים יותר, שאינם תלויים בתנאים מבוקרים אלא פועלים היטב באוויר הפתוח, שפחמן דו-חמצני הוא אחד ממרכיביו.

“להישג זה עשויות להיות השלכות יישומיות פורצות דרך רחבות, ובהן קידום תחום ההנעה החשמלית לכלי תחבורה – ממכוניות ורכבות ועד רחפנים וכלי שיט – וכן פיתוח מערכות אנרגיה מבוזרות וציוד אוטונומי.”

המחקר נתמך על ידי תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן גרנד בטכניון (GTEP), הקרן הלאומית למדע (ISF), מל”ג וגורמים נוספים.